CN103394275A

CN103394275A - 海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中so2、nox及治理雾霾的工艺

Info

Publication number: CN103394275A
Application number: CN2013103115680A
Authority: CN
Inventors: 张光太; 李少泉; 张严匀
Original assignee: 张光太; 赵聪
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103394275B

Abstract

本发明公开了一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，设置海水池，在海水池内注入海水或人工合成海水，在海水或人工合成海水中加入碱以提高海水的碱度；设置反应塔，在反应塔内安装有液态纳米粒子发生器，锅炉烟气、海水或人工合成海水分别从反应塔底部和顶部进入，逆向流动，在反应塔内反应脱硫脱硝后，烟气经烟囱排出，海水或人工合成海水经处理返回海水池重复利用。本发明所述工艺脱硫脱硝率高，对高硫煤产生的烟气效果尤其明显；脱硫后排空烟气含水量低，不易形成雾霾，排空烟气温度低，环境安全；排放海水的DO、温度、pH值符合相关要求，耗水量小，可在内陆地区使用，便于推广。

Description

海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO2、NOX及治理雾霾的工艺

技术领域

本发明涉及工业脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺。

背景技术

燃煤锅炉使用非常广泛，产生的烟气中含有很多的SO₂、NO_X（氮氧化物）及烟尘等物质，必须进行脱硫脱硝处理后才可以排放。脱硫，即脱出燃煤锅炉烟气中的SO₂，脱硝又叫脱氮，即脱出燃煤锅炉烟气中的氮氧化物。目前比较先进的脱硫、脱硝技术为海水法脱硫、脱硝，海水法脱硫、脱硝，是以天然海水作为脱硫、脱硝剂，具有节约淡水资源、不产生脱硫副产物、无二次污染、不存在结垢和堵塞、系统利用率高、维护维修容易、投资及运行费用低等优点，因此，在具备海水取排水条件和稳定的海水水质条件的地方均可采用海水法脱硫、脱硝。

用海水法进行脱硫、脱硝，是因为海水中含有很多偏碱性的盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、硼酸盐、磷酸盐等，海水的pH值范围一般为7.8～8.3，呈弱碱性, 其含盐量约为3.5%,具有一定的离子强度,利用海水中所含的天然碱度和含盐成分吸收烟气中的SO₂及NO_X，达到脱硫、脱硝的目的。

海水脱硫的原理及化学反应方程式如下：

烟气中的SO₂和水反应生成亚硫酸，

SO₂+H₂O → H₂SO₃

亚硫酸是二元酸，分步电离成亚硫酸氢根（HSO₃ ^-）、亚硫酸根（SO₃ ^2-）和H⁺离子，

H₂SO₃→ H⁺+HSO₃ ^-↑

HSO₃ ^-→ H⁺+SO₃ ^2-

亚硫酸根再与水中的氧反应生成硫酸根，

2SO₃ ^2-+O₂→2SO₄ ^2-

以上反应生成的H⁺与海水中的碳酸根（CO₃ ^2-）反应先生成碳酸氢根（HCO₃ ^-），再与H⁺反应生成碳酸（H₂CO₃），碳酸是弱酸，隨着SO₂不断溶入，吸收剂海水的PH值不断降低，海水中的碳酸分解为CO₂和水，CO₂排入烟气中，

CO₃ ^2-+H⁺→ HCO₃ ^-

HCO₃ ^-+H⁺→ H₂CO₃

H₂CO₃→ CO₂↑+H₂O

这样烟气中的SO₂不断溶入海水，吸收剂海水的PH值不断降低，海水中不断放出CO₂，总反应方程式为，

2SO₂+2CO₃ ^2-+O₂→2CO₂↑+2SO₄ ^2-

海水中的金属离子，如钙离子，与硫酸根反应生成石膏沉淀下来或排入海中，

Ca²⁺+SO₄ ^2-+H₂O→CaSO₄.2H₂O↓

燃煤锅炉烟气中的NO_X（氮氧化物）主要是NO₂和NO，以NO₂为主，海水脱硝即脱氮，反应原理与脱硫类似。

海水脱氮，以NO₂为代表，其化学反应方程式见下：

NO₂溶于海水生成硝酸（HNO₃）和亚硝酸（HN0₂），硝酸和亚硝酸电离出H⁺，H⁺与海水中碳酸根（CO₃ ^2-）反应生成CO₂和水，亚硝酸根（NO₂ ^-）与O₂反应生成硝酸根（NO₃ ^-）排入海中，

2NO₂+H₂O→HNO₃+HN0₂

HNO₃→H⁺+NO₃ ^-

HNO₂→H⁺+NO₂ ^-

以上反应生成的H⁺与海水中的碳酸根反应生成CO₂和水，

CO₃ ^2-+H⁺→ HCO₃ ^-

HCO₃ ^-+H⁺→ H₂CO₃→ CO₂+H₂O

亚硝酸根不稳定，再与水中的氧反应生成硝酸根，排入海中，

2NO₂ ^-+O₂ → 2NO₃ ^-

现有的海水脱硫脱硝工艺虽有以上所述的诸多优点，但也还存在一些问题，主要是：

(1)海水虽然能作为吸收剂吸收SO₂及NO_X,但其吸收容量是有限的，因此, 海水法通常只用于处理含硫量约 1.5%以下的中低硫煤燃烧产生的烟气，不能处理高含硫烟气；

(2)脱硫率偏低，现有海水脱硫工艺的脱硫率通常只能达到90%左右，普遍偏低；

(3)海水脱硫脱硝，会使海水的pH 值降低，即使经过处理，所排出水的pH 值仍然偏低，我国新环保标准对排水pH 值的要求由过去的6.5提高到6.8,导致早期投运的海水烟气脱硫机组必须进行改进,而脱硫后的烟气由于结露呈现严重的腐蚀性,加之脱硫后的海水呈酸性,这对脱硫设备使用的材料提出了更高要求，这些都增大了投资成本；

(4)海水用量大，所用曝气池占地面积大,使得整个系统规模过于庞大,成本增加；

（5）脱硫、脱硝不能同时行，而是分别在不同的系统中完成，投资大，成本高，且烟尘处理不彻底，会在排放周围形成雾霾，造成污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上所述缺陷，提供一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，脱硫脱硝同步进行，脱硫率高，无雾霾形成，对中高硫煤燃烧产生的烟气效果尤其显著，用较少的海水或合成海水即可实现，可以在非沿海地区使用，适用范围广。

为了解决以上所述技术问题，本发明一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，设置海水池，在海水池内注入海水或人工合成海水，在海水或人工合成海水中加入碱以提高海水的碱度；设置反应塔，在反应塔内安装有液态纳米粒子发生器，锅炉烟气、海水或人工合成海水分别从反应塔底部和顶部进入，逆向流动，在反应塔内反应脱硫脱硝后，烟气经烟囱排出，海水或人工合成海水经处理返回海水池重复利用。

作为优选，本发明所述海水或人工合成海水中加入的碱为熟石灰。

进一步，本发明所述熟石灰的加入量按重量计为SO₂的2～3倍。

现有的海水脱硫技术，都是从海里取水，用大量海水喷淋的方法，靠海水中的有效成份来吸收SO₂以达脱硫目的，由于海水的天然碱度较小，脱硫所需海水量非常大，要把这些海水直接提高碱度，是无法做到的，本发明所述工艺需要的海水或合成海水大幅减少，要提高海水池里有限的海水或合成海水的含碱量就容易做到，通过在所述海水或合成海水里加入碱以满足脱硫脱硝所需要的碱度。

加入熟石灰后脱硫脱硝的化学反应方程式为：

Ca(OH)₂+SO₂= CaSO₃+H₂O

Ca(OH)₂+2NO₂= Ca(NO₂)₂+2H₂O

Ca(NO₂)₂+O₂=Ca(NO₃)₂

Ca(OH)₂+2NO₃ ^-=Ca(NO₃)₂+2H₂O

根据电厂等企业燃煤锅炉的大小、所使用燃煤含硫量的高低，确定海水或人工合成海水的用量及往海水池里加入的碱量，提高海水或合成海水的含碱量，使吸收SO₂、NO_X的能力大大加强，对高硫煤烟气尤为能显现其优越性。

纳米技术，实质上是一种用单个原子、分子制造物质的技术。纳米粒子表现出很多新的特征：纳米粒子体积小，比表面积大，在比表面积上，呈现的电子悬键多，即物质的结构电子被切去后形成的悬键，这些纳米粒子必然会夺取其他粒子的电子，发生物质电子的得失，实现物质被氧化和还原的特征，这就是纳米技术的化学反应作用。燃煤锅炉烟气的粒子在纳米量级之间，SO₂、NO₂等分子的物质粒子更在纳米量级内，本发明所述工艺在反应塔内设置纳米粒子发生器，将海水或合成海水从反应塔顶部高压射入，液态纳米粒子发生器将海水或合成海水产生为纳米量级的粒子，与从反应塔底部逆向流动的烟气接触，海水纳米粒子夺取烟气中SO₂、NO₂等的结构电子，使其失去电子而被氧化，而海水纳米粒子得到电子被还原为海水。这个过程肉眼无法观察到，其速度是电子运动的速度，即电流的速度，纳米技术的运用，使得极细微的、含碱量高的、雾化了的海水纳米粒子与烟气粒子、SO₂、NO₂等分子的物质粒子接触面积增大，大大加快了氧化还原反应的速度，因此，不仅可以大幅度减少海水的用量，还可使SO₂、NO_X的脱出率大幅提高，且脱硫脱硝同时在反应塔内同步进行，烟气净化质量高，净化彻底，无雾霾形成。利用本发明所述工艺，脱硫脱硝后的海水或合成海水经处理后又可返回海水池循环使用，多个环节共同作用，既节约了用水量，使提高碱度成为可能，吸附效果好，对高硫煤烟气净化效果尤其显著，氧化不愿反应完全，脱出率高，烟气净化彻底，成本降低，是一个完美的循环。

本发明的有益效果：由于使用了以上所述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）脱硫脱硝率大幅提高，可达≥96%，对高硫煤产生的烟气效果尤其明显；（2）脱硫后排空烟气含水量≤7%，烟气净化彻底，不会形成雾霾，减少环境污染，排空烟气温度低，周围环境安全性高；（3）排放海水的DO、温度、pH值符合相关要求；（4）无二次污染，基本无废水，无废气，无废渣；（5）耗水量小，海水或合成海水都可作为脱硫脱硝剂，可在内陆地区使用，适用范围广。

附图说明

图1为本发明所述工艺流程图；

图2为本发明所述反应塔内脱硫脱硝工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，设置海水池，在海水池内注入海水或人工合成海水，在海水或人工合成海水中加入碱以提高海水的碱度；设置反应塔，在反应塔内设置有液态纳米粒子发生器，锅炉烟气、海水或人工合成海水分别从反应塔底部和顶部进入，逆向流动，在反应塔内反应脱硫脱硝后，烟气经烟囱排出，海水或人工合成海水经处理返回海水池重复利用。

实施例一：本实施例适用于沿海地区的燃煤锅炉烟气脱硫脱硝，将天然海水抽到海水池里，海水用量视企业燃煤锅炉的大小、所使用燃煤含硫量的高低确定，通常为现有海水法的1/10～1/2不等，往海水池里加入清石灰。

从化学反应方程式Ca(OH)₂+SO₂= CaSO₃+H₂O可知，Ca(OH)₂和SO₂二者比例为74﹕64=1.15625，考虑还要脱硝，此比值应该更大些，但因为烟气中的SO₂含量大于氮氧化物，因此脱硝所需要的碱都少于脱硫所需的量，脱硫脱硝的总碱需求量要以上所述比值的两倍是足够用，即1.15625×2≈2.3，即每脱除一克SO₂和一克NO_X，在海水池中直接添加清石灰2.3克即可，这个量是在燃煤锅炉烟气中全部脱硫脱硝的添加量，尚有海水本身的脱硫脱硝能力未计入，因此，所用损耗，完全足以满足燃煤锅炉烟气中脱硫脱硝所需要。

在反应塔中，间隔设置三个与中央控制器连接的液态纳米粒子发生器，通过高压水泵向应塔中喷射与烟气逆向流动的海水，海水流经三个液态纳米粒子发生器被，雾化成海水纳米粒子，与逆向流动的烟气充分接触，海水纳米粒子夺取烟气中SO₂、NO_X等的结构电子，使其失去电子而被氧化，而海水纳米粒子得到电子被还原为海水。洗涤脱去烟气中的SO₂、NO_X，形成亚硫酸根SO₃ ^2-和H⁺离子。亚硫酸是一种不稳定的中等程度的酸，易分解成SO₂和H₂O。为使溶于水中形成的亚硫酸固定下来，向海水处理曝气池中鼓入大量的空气，使亚硫酸根离子(SO₃ ^2-)与空气中的氧(O₂)反应生成稳定的硫酸根离子(SO₄ ^2-)和一部分硫酸盐；同时，利用海水中的碳酸根离子(CO₃ ²)和碳酸氢根离子(HCO₃ ^-)中和氢离子(H⁺)使海水的pH 值得以恢复。主要流程：锅炉排出的烟气经除尘器后，由气热交换器降温，降温后的烟气由反应塔底部送入，在反应塔中与由塔顶高压喷射而下、雾化了的海水纳米粒子逆向充分接触，进行氧化还原反应，净化后的烟气经由烟囱排入大气，脱硫脱硝后的海水经处理后返回海水池循环使用。本实施例加入海水池的碱采用清石灰，物美价廉，同时通过提高烟气流速、均匀塔内流体分布、提高喷嘴雾化效果、强化气液传质过程、减少反应时间等技术手段，使反应塔结构紧凑、高度降低、系统简化，从而达到节省投资、减少占地面积、提高运行性能、减少运行费用、方便维护等目标。

实施例二：本实施例适用于内陆地区的燃煤锅炉烟气脱硫脱硝，海水池里使用合成海水，使用量视企业燃煤锅炉的大小、所使用燃煤含硫量的高低确定，往海水池里加入清石灰，使C_a（OH）₂的含量为SO₂的2.5倍。流程同实施例一。人工合成海水脱硫脱硝原理、化学反应与海水脱硫脱硝完全一致，且人工合成海水脱硫脱硝后，生成的硫酸钙、碳酸钙粒子等脱硫产物回收可用作生产水泥原料加以充分的利用。

以上仅为本发明的部分实施方式，实施例中提高海水或合成海水碱度所需的碱采用熟石灰是因为价格便宜，而不是为了限制，其他的碱如Na（OH）₂等都可以实现，反应塔内设置的液态纳米粒子发生器的个数也不限于三个,可以根据锅炉规模自行确定,只要使用了以上所述技术方案，均应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，其特征在于，设置海水池，在海水池内注入海水或人工合成海水，在海水或人工合成海水中加入碱以提高海水的碱度；设置反应塔，在反应塔内安装有液态纳米粒子发生器，锅炉烟气、海水或人工合成海水分别从反应塔底部和顶部进入，逆向流动，在反应塔内反应脱硫脱硝后，烟气经烟囱排出，海水或人工合成海水经处理返回海水池重复利用。

2.根据权利要求1所述一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，其特征在于，在所述海水或人工合成海水中加入的碱为熟石灰。

3.根据权利要求2所述一种海水法同步脱出燃煤锅炉烟气中SO₂、NO_X及治理雾霾的工艺，其特征在于，所述熟石灰的加入量按重量计为SO₂的2～3倍。